Применение компьютерных методов в проектировании орнаментальных мотивов

1. РОССИЙСКО-АРМЯНСКИЙ (СЛАВЯНСКИЙ)УНИВЕРСИТЕТ (РАУ) ПЯТАЯГОДИЧНАЯ НАУЧНАЯКОНФЕРЕНЦИЯ6–10 ДЕКАБРЯ 2010г. Применение компьютерных методов в проектировании орнаментальных мотивов В. Ваганян, К. Бишарян, Г. Ваганян

2. Под орнаментальной системой в компьютерном дизайне мотивов и проектировании орнаментов подразумевается совокупность всех элементов орнаментальных мотивов, идей и изображений, нанесенных, выгравированных или вырезанных на поверхности архитектурного, декоративного или рельефного памятника, независимо от вида, свойств и характера носителя орнамента. Под сложной орнаментальной системой подразумевается орнамент, в котором имеется два и более простых (известных)орнаментальных мотивов и их комбинаций, относящихся к различным типам или видам орнаментики. Исследование сложных (комбинированных) мотивов орнаментальной системы или сложной орнаментальной системы осуществляется путем построения ее системотехнической модели на основе предложенных автором типовых модулей – мотивов орнаментов, состоящих из архетипов инвариантных или национальных, унифицированных мотивов, доступных для распознавания, оценки и интерпретации.

3. Метод компьютерного художественного проектирования базируется на разработанных и предложенных автором трех основных принципах проектирования: непрерывности, соответствия, совместимости. Согласно принципу непрерывности при непрерывном изменении проектных идей (идеологии, мировоззрения, миросозерцания, познания, опыта, культуры, умений и навыков художника) меняются структуры и соответствующие им элементы орнаментальной системы. Таким образом, при непрерывном изменении форм изображений мотивов непрерывно изменяются их содержания и соответственно толкования (пояснения, интерпретации) орнаментальной системы. Траектории движения точек, линий, кривых и проекций графических образов - изображений, отражающих эти взаимоотношения и состояние орнаментальной системы, также будут непрерывными. Одновременно при непрерывном изменении содержания мотивов непрерывно изменяется форма (структура и элементы) орнаментальной системы.

4. Принцип соответствия устанавливает, что каждому содержанию орнаментальной системы соответствует определенная структура мотива (мотивов) и адекватные им изображения, графические элементы, формирующие соответствующий художественный образ и стиль. Принцип совместимости дополняет первые два и отражает допустимые процессы (замена, трансформация типовых элементов мотива или типовых мотивов в рамках основного вида или типа сложного мотива (мотивов), которые могут иметь место в сложной орнаментальной системе в силу объективных или субъективных причин). Это позволяет отобразить в визуальном пространстве состояний один из возможных вариантов движения сложной орнаментальной системы и транслировать типовые элементы (точки, прямые, кривые, образы, известные геометрические символы и изображения типовых мотивов) отдельных проекций орнаментов в пространство состояния мотивов сложной орнаментальной системы.

5. Если геометрические образы, моделирующие отдельные мотивы орнаментальной системы отображены в  n-мерном пространстве, то в результате конструирования из них всех мотивов данной орнаментальной системы, пространственная размерность полученного образа увеличится на единицу  n+I.  N-мерный геометрический образ, моделирующий орнаментальную систему, может быть представлен, в свою очередь, посредством  М проекций его в трехмерное пространство, где  М=С3N, а каждая трехмерная проекция с помощью трех двухмерных. Учитывая, что искусство орнаментики - это диалог между человеком и культурой, ее историей и природой, то инструмент для исследования и дизайна орнаментики должен быть адекватный и соответственно обеспечивать возможность в диалоговом (в интерактивном) режиме проектировать самые различные орнаментальные мотивы и их изображения.

6. Используя перечисленные выше требования и принципы, автор предлагает два основных метода интерактивного моделирования и компьютерного художественного проектирования орнаментов, которые выполняют: - конструирование и синтез из графических образов частных подсистем (типовых орнаментальных мотивов) графический образ всей орнаментальной системы (прямой метод); - анализ и разбиение графического образа всей орнаментальной системы на графические образы частных систем - простых распознаваемых и интерпретируемых модулей изображений типовых мотивов (обратный метод).

7. Таким образом, с помощью прямого и обратного методов, а также их комбинаций можно теоретически и практически построить желаемые (типичные или эталонные) графические образы моделируемой орнаментальной системы и ее проекции или спроектировать из них традиционные или новые мотивы для новой орнаментальной системы. Допустим, на орнаментальную систему в какой-то промежуток времени действуют внешние или внутренние факторы, которые приводят к изменению состояния системы (содержания или формы или того и другого). При этом задача сохранения национальной самобытности (традиций и ценностей художественной культуры) будет состоять в том, чтобы не допустить изменения заданного графического образа изображений мотивов орнаментальной системы или максимально приблизиться к нему, или не допустить вариации его вне установленной области (которую назовем областью идентичности). Выход из области идентичности будет сигнализировать художнику либо дизайнеру о том, что проектируемый орнамент не носит национального характера (традиций).

8. Изменение состояния орнаментальной системы может произойти в результате выполнения какого-либо творческого действия согласно принятому дизайнером или художником решению, которое можно интерпретировать как на плоскости, так и в N-мерном пространстве парой точек. Следовательно, каждому действию или способу действия дизайнера будет соответствовать определенная одна и только одна кривая (прямая) на плоскости или в пространстве, а множеству решений, характеризующих целенаправленное развитие орнаментальных мотивов в рамках (в границах) соответствующих традиций искусства орнаментики при сохранении самобытности, будет соответствовать определенный графический или художественный образ, совокупность моделирующих изображений.

9. Для того, чтобы эффективно реализовать изложенные методы в художественном проектировании и дизайне, необходимо в искусстве орнаментики унифицировать некоторые творческие и рутинные процедуры, определить степень адекватности или "вписанности" состояния изображающего пространства орнаментальной системы в требуемый или желаемый образ. Поэтому автором предлагается разработанный соответствующий понятийный аппарат и система оценок (Ваганян В., 2006-2008), которые имеют наглядные графические интерпретации. Это делает их пригодными для практического использования в компьютерном проектировании, в дизайне мотивов и изучении орнаментов.

10. Рассмотрим общие принципы использования моделирующих алгоритмов, которые целесообразно использовать в диалоговом режиме изучения, проектирования и оптимизации орнаментальной композиции. Под целью подразумеваем полученное в результате художественного проектирования желаемое изображение орнаментального мотива. Для достижения цели проектирования необходимо решить ряд взаимосвязанных задач. Процесс решения задач изучения орнаментов и их мотивов или их художественного проектирования расчленяется на этапы, последовательность и состав их использования изменяется в зависимости от класса решаемой задачи, ее постановки, формулируемой цели. Исследование орнаментальной системы представлено в виде общей схемы (рис. 1.1).

11. Рис. 1.1. Общая схема исследования орнаментальной системы

12. Для случая независимых исходных параметров (например, влияния или заимствования мотивов из других культур) исследование орнаментальной системы или ee модулей представлено в виде схемы (рис. 1.2). Заштрихованные участки верхних окружностей (рис. 1.2) представляют области значений воздействий культур и традиций Х (используемых известных внешних модулей или архетипов орнаментальных мотивов), прямоугольники 1-12 - некоторые алгоритмические блоки. Заштрихованные участки нижних окружностей представляют область изменения конечных мотивов орнаментальных изображений (например, форм и изображений их структур и элементов). Число алгоритмических блоков или конечных критериев может быть и больше. На (рис.1.2)приведено графическое представление ориентированного графа. Подобным образом может быть представлена любая логическая схема практически выполнимого алгоритма изучения и дизайна мотива или проектирования орнамента.

13. С помощью разработанного автором метода можно осуществить сечение алгоритма на различные этапы (I-I, II-II, III-III, IV-IV рис. 1.2). Перед тем, как осуществить передачу идей и мотивов от одного алгоритмического блока к другому, эту информацию или мотив целесообразно преобразовать в графическую форму (в известное изображение мотива или в геометрический образ, некоторую графическую абстракцию, архетип) и представить в виде оценочной характеристики, (промежуточного изображения мотива - индикатора) на обозрение художнику или дизайнеру для принятия решения о дальнейшем ходе проектирования.

14. Рис. 1.2. Структура модели исследования и проектирования в орнаментике

15. Для эффективного построения оценочной характеристики, формирования и преобразования мотивов, авторами разработаны и внедрены в практику проектирования иероглифический, орнаментальный редактор, который позволяют с помощью компьютера визуально отображать армянские идеограммы и иероглифы, а также архетипы наскальных рисунков, различные типы армянских шрифтов в процессе орнаментостроения. При этом суть процесса проектирования или исследования сводится к направленному перебору значений воздействий (типовых элементов орнаментальных мотивов) с целью получения промежуточных (локальных) оценочных характеристик (идей) и соответствующих изображений мотивов, а затем и значений конечных критериев, близких к желаемому виду изображения нового мотива. Известно, что локальная оптимизация на ранних этапах, хотя и сокращает перебор вариантов, но не всегда может привести к глобальному оптимуму, поскольку процесс художественного проектирования и дизайна мотивов невозможно строго формализовать.

16. Однако наличие промежуточных локальных изображений мотивов и оценочных характеристик позволяет всю задачу проектирования разделить на ряд подзадач и ускорить достижение цели. Каждой оценочной характеристике, исходя из специфики рассматриваемой задачи, ставится в соответствие некоторый эталон (простой мотив, некоторая графическая абстракция, модуль архетипа). Ориентируясь на этот эталон, можно достаточно эффективно выявить области неприемлемых значений исходных параметров и элементов или внести соответствующие коррективы и тем самым сократить число возможных переборов изображающих элементов и мотивов орнаментов, общее время решения и затраты творческих ресурсов. Возможность быстрого получения оценочных характеристик - изображений упрощает выделение "узкой" области, в которой находятся приемлемые (рациональные) решения, и это обеспечивает гибкое использование подходящих компьютерных графических пакетов программ, традиционных методов оптимизации и других возможностей современных информационных технологий.

17. Чтобы процесс дизайна, диалоговой оптимизации мотива или мотивов орнамента был достаточно эффективным, модель проектирования должна отвечать некоторым требованиям. Эти требования касаются лишь структуры модели. С учетом вышеизложенного предлагается методика диалогового графического моделирования задач дизайна мотивов и художественного проектирования орнаментов. Представим алгоритм проектирования в беспетлевом виде (ориентированный граф без петель и контуров) посредством объединенной граф-схемы информационных (семантических) и орнаментальных причинно-следственных связей, исходя из которой несложно составить обобщенную информационную таблицу проектирования (рис. 1.3). Эта таблица будет отражать зависимости промежуточных результатов работы алгоритма от варьируемых параметров.

18. С учетом вышеизложенного предлагается алгоритм организации решения задач художественного проектирования, который иллюстрируется следующей схемой (рис. 14). 1. После интерактивного формирования графа моделирующего алгоритма и составления необходимого списка индикаторов (изображений типовых мотивов) и соответствующих эталонов (орнаментальных архетипов) осуществляется фиксация некоторых управляемых переменных (новых идей, мотивов, элементов изображений). 2. Производится проектирование по алгоритму до индикатора (мотива), имеющего наивысший ранг (значимость, ценность, идейное содержание).

19. 3. Человек анализирует индикатор и дает указание компьютеру о дальнейшем ходе вычислений и проектирования. Указания могут быть, например, такими: а) "найти" соответствующий эталон (аналог, типовой мотив, модуль архетипа); б) "продолжить вычисление" (вычисления продолжаются до получения индикатора со следующим по величине рангом или до индикатора, указанного художником); в) "прекратить вычисления" (по этому указанию "вычеркивается" часть области изменения управляемых переменных или выполняется их корректировка); г) "внести" новый индикатор, мотив или орнамент в список индикаторов.

20. Рис. 1.3. Пример общей граф - схемы информационных и причинно-следственных связей при проектировании орнаментов. Q - используемый мотив или его изображение

21. При отказе от некоторого варианта дается указание о выборе следующей точки (линии, кривой, отрезка, геометрического, растительного или животного мотива) в области изменения переменных. В том случае, когда имеются несколько независимо вычисляемых индикаторов с одинаковыми рангами, первым вычисляется индикатор, который требует для своей реализации меньшего числа операций. Чтобы сделать алгоритм исследования или проектирования орнаментов более гибким, полезно предусмотреть возможность его перестроения. Потребность в перестроении может возникнуть при обновлении или при создании новой композиции или мотива орнамента или орнаментов, так как сразу трудно установить рациональную последовательность операторов, обеспечивающую формирование индикаторов в порядке убывания их рангов. С этой целью необходимо строить моделирующий алгоритм из некоторых крупных и легко заменяемых блоков (модулей, типовых орнаментальных композиций). Предлагается методика расчета и упорядочения множества модулей, орнаментальных композиций, типов и схем. Если в алгоритме исследования или проектирования орнаментов нет циклов, то множество блоков обладает свойствами антисимметричности, транзитивности и нерефлексивности.

22. Вместе с модулями упорядочиваются и индикаторы. Предлагаемая методика решения задач компьютерного проектирования обеспечивает художнику эффективную реализацию формализованных и эвристических (творческих) процедур. Рассмотрим схему работы дизайнера при анализе ситуации (рис. 1.4), пригодную для практической реализации. Анализируемая ситуация может носить типовой (стандартный) и нетиповой для проектируемой данной орнаментальной системы характер. Если ситуация типовая, то и решение соответствующих задач осуществляется по типовой схеме, типовой процедуре. При этом состав и последовательность операций заранее установлены. Идентифицируя ситуацию, дизайнер, прежде всего, определяет: является ли ситуация (изображение мотива и сам мотив) типичной? Если ситуация типичная, то он выбирает из имеющегося набора типовых мотивов наиболее приемлемую для сложившейся ситуации, в противном случае изучает возможность поиска прецедентов, которые могут служить в качестве ситуаций - аналогов. По ситуациям - аналогам художник подбирает соответствующие изображения для идентификации мотива или его архетипа.

23. В случае, если ситуация нетипичная и не имеет аналогов (схожих или типичных мотивов), дизайнер осуществляет декомпозицию исходной ситуации, выделив по возможности, некоторую часть изображения, которую можно отобразить с типичной (подситуация - прецедент – аналог) формой изображения простого мотива или группы мотивов. Для нее используется известный подход, а для нетипичной части - анализ изображения, поиск или разработка новых мотивов продолжается. В условиях развития работ по систематизации и классификации орнаментальных мотивов и процедур в орнаментостроении, актуальной проблемой становится формирование и взаимоувязка в единую систему комплексов типовых графических образов – изображений типовых или новых мотивов и их комбинаций согласно системотехноческому принципу модульности в искусстве орнаментики, накопление соответствующего компьютерного банка образов, типовых изображений универсальных и национальных мотивов орнаментики.

24. В редкой, нетипичной ситуации художник или дизайнер может растеряться - образ ситуации и рациональное решение о способе выхода из нее может формироваться с трудом. Поэтому необходимо художников и дизайнеров ознакомить с редкими, нетипичными ситуациями, построить и использовать с этой целью компьютерные банки орнаментов, типичных орнаментальных композиций, архетипов, модулей изобразительных мотивов и артефактов как универсальных, так и национальных. Чтобы оценить состояние процесса проектирования, недостаточно воспринять только отдельные сообщения, переданные индикаторами или конкретными мотивами орнаментов. Необходимо еще объединить эту информацию в единую, логически связанную структуру. Для такого объединения художник или дизайнер должен располагать знаниями о закономерностях, связывающих параметры процессов, о динамике этих связей и их проявлении на индикаторах – типовых мотивах орнаментики, как универсальных, так и национальных. В соответствии с этим возникает проблема получения изображений и образов универсальных ценностей, мифологических и религиозных архетипов, миросозерцания, общей картины мира, которые могут наглядно интерпретировать задачи и цели художественного проектирования.

25. Рис. 1.4. Алгоритм решения задач компьютерного художественного проектирования орнаментов

26. Литература • Ваганян В. Происхождение и содержание мотивов армянской средневековой орнаментики. Журнал “Гарун”, Ереван, N 1-2, 2010, стр. 68-74, ISBN 0320 0352. • Ваганян Г., Ваганян В. Каменная летопись цивилизации. Монография. Нжар, Ереван, 2006. • Vahanyan G., Vahanyan V. Armenian Design. Yerevan State Academy of Fine Arts, Yerevan, 2007. • Vahanyan G., Vahanyan V. Art of Web sites designing of the Organization of the Communication in Global Virtual Management. International Journal. “Telecommunication and Informatization of the Education”. N3 (34), May - June, 2006, p. 67-72, ISSN 1609-4670. • Vahanyan V., Vahanyan G. Armenian Design. Yerevan State Academy of Fine Arts, Yerevan, 2007.

27. Орнаментальные мотивы Таблица 1

28. Орнаментальные мотивы Таблица 2

29. Flash презентация